《汽车新技术概论》PPT课件.ppt

汽车技术概论 概述 电子控制技术的广泛应用 使汽车的总体结构 工作原理 使用性能以及维修方式等都发生了根本性的变化 从发动机燃料供给 点火控制到底盘的传动系统 转向与制动系统以及车身与辅助装置等都普片采用了电子控制技术 所以 现代汽车新技术主要是以汽车电子控制技术为基础 把汽车新材料 汽车安全 节能环保 驾乘舒适等方面内容结合起来的新型应用技术 本课程分三个方面对汽车新技术进行介绍 发动机部分 底盘和车身部分 安全 环保 节能 新材料技术等 汽车技术的迅猛发展 第一部分 发动机 1发动机工况简述 1 1现代发动机技术总体要求在石油短缺和严重大气污染的今天 节能和环保无疑是现代发动技术最基本的要求 现代发动机技术都是围绕着这个基本要求并结合市场效应 使发动机最具稳定可靠的质量保障而不断发展和进步 1 2发动机基本工况及对燃料的要求术语 空燃比 每个工作循环充入汽缸内的空气量与燃油量的质量比 A F 理论空燃比 理想状态下 燃油完全燃烧的空燃比 14 7过量空气系数 汽缸内的实际空气量与理论空气量之比 理论混合气 1 稀混合气 1 浓混合气 1发动机基本工况 1 稳定工况 发动机经预热 转入正常运转 并且在一定时间 内没有突然变化的工况 2 过渡工况 冷起动 暖机和加速工况 通常称为 四稳 三过渡 1 3稳定工况对混和气浓度的要求1 怠速工况 发动机不对外做功 转速一般为700 900r min 进入缸内混合气量少 要求供给 0 6 0 8的浓混合气 2 小负荷工况 发动机负荷 25 进入缸内混合气数量有所提高 混和气浓度可以略为减小 一般 0 75 0 9 3 中等负荷工况 发动机负荷在25 85 进入气缸内混合气数量增多 燃烧条件好 同时为提高经济性 应供给较稀混合气 一般 1 0 1 15 4 大 全负荷工况 发动机负荷 85 为大负荷 100 为全负荷 此时为克服较大外部阻力 要求发动机发出尽可能大的功率 应供给较浓量多大功率混合气 一般为 0 85 0 95 1 4过渡工况对混和气浓度的要求1 冷起动工况 发动机温度为环境温度时的起动过程 发动机温度低汽油蒸发困难 需供给极浓混合气 一般要求达到 0 2 0 6 2 暖机工况 发动机冷机起动后 逐渐升高到正常温度的过程 混合气浓度应随发动机温度升高而减小 从起动时的极浓减小到稳定怠速运转浓度 3 加速工况 发动机负荷迅速增加的运转过程 急加速时 由于汽油的比重比空气大 汽油流量增加比空气慢得多 使混合气过稀 反而使发动机动力下降甚至熄火 因此需用专门装置额外供油来加浓混合气 以满足发动机急加速的要求 1 5汽油机燃料燃烧过程1 燃料正常燃烧的三个阶段1 着火延迟期 从点火开始到火焰核心的形成的这一时期 2 速燃期 从火焰核心形成开始到气缸能出现最高压力为止这段时间 3 后燃期 从速燃期终了到燃料基本完成燃烧这一段时期 2 燃料的非正常燃烧 1 爆燃 火花塞点火后 正常火焰传播之前 末端混合气自燃并急速燃烧 产生爆炸性冲击波和尖锐的金属敲缸声的现象 2 表面点火 有燃烧室内的炽热点 排气门盘 火花塞电极 金属突出点或积炭等 点燃混合气的现象称之为表面点火 表面点火发生在火花塞点火前 称为早火 表面点火发生在火花塞点火之后 称为后火 1 6影响发动机燃烧的因素1 混合气的浓度燃料的燃烧速度取决于火焰的传播速度 而影响火焰传播速度的主要因素是混合气的浓度 当 0 85 0 95时 火焰传播速度最快 可在短时间内使气缸压力和温度达到最大值 发动机发出最大功率 这种混合气成为功率混合气 当 1 05 1 15时 火焰传播速度仍然较高 此时空气相对对足 燃油能完全燃烧 热效率高 有效油耗率低 这种混合气称为经济混合气 当 1 30 1 40时 燃料分子间距离将增大到火焰不能传播的程度致使发动机不能稳定运转 此时 值称为火焰的传播下限 当 0 4 0 5左右时 燃烧过程严重缺氧 也将使火焰不能传播 此时 值称为火焰的传播上限 2 点火提前角点火提前角过大 点火时间过早 最高压力出现在压缩行程的上指点以前 活塞上行消耗的压缩功增大 发动机容易过热 有效功率下降 工作粗暴 爆燃倾向增加 点火提前角过小 点火时间过迟 燃料燃烧开始时活塞已经向下止点运行一段距离 燃烧容积增大 气缸炽热表面积增加 热损失增多 发动机容易过热 功率下降 耗油量增多 有时还会造成化油器回火或排气管放炮现象 3 发动机转速转速增加燃烧速度相对曲轴转角速度较慢 所以发动机转速提高后 应将点火提前角加大 以保证燃料燃烧过程在上止点附近完成 反之曲轴转速降低 应相应减小点火提前角 4 发动机负荷发动机转速一定负荷减小时进入气缸的新鲜混合气量减少 而残余废气量不变 使残余废气量相应增加 导致燃烧速度减慢 所以应增大点火提前角 负荷减小时 由于残余废气的稀释作用 汽缸内的温度 压力相应下降 爆燃倾向减小 所以 当爆燃时 放松节气门踏板可以临时消除爆燃 5 发动机压缩比提高压缩比 可以提高压缩行程终了混合气的温度 压力 加快火焰传播速度 提高发动机做功热效能 使发动机功率 转矩增大 燃油消耗率降低 但是 提高压缩比会增加混合气自燃倾向而产生爆燃 所以汽油机不能过高的提高压缩比 2发动机新技术 2 1电控燃油喷射系统 简称EFI或EGI系统 简介 电子控制燃油喷射系统是通过电脑中的控制程序 实现起动加浓 暖机加浓 加速加浓 全负荷加浓 减速调稀 强制断油 自动怠速控制等功能 满足发动机特殊工况对混合气的要求 使发动机获得良好的燃料经济性和排放性 也提高了汽车的使用性能 原理特点 电控燃油喷射系统以一个电子控制装置 又称电脑或ECU 为控制中心 利用安装在发动机不同部位上的各种传感器 节气门位置 水温 进气温度 曲轴转速和转角及车速传感器等 测得发动机的各种工作参数 按照在电脑中设定的控制程序 通过控制喷油器 精确地控制喷油量 使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气 2 2可变气门控制系统 简称VVA系统 简介 VVA是VariableValveActuation的缩写 它代表的含义就是可变气门操作系统 这一装置提高了进气效率 实现了低 中 高转速范围内扭矩的充分输出 保证了各个工况下都能得到足够的动力表现 可变气门配气技术 从大类上分 包括可变气门正时和可变气门行程两大类 有些发动机只匹配可变气门正时 如丰田的VVT i发动机 有些发动机只匹配了可变气门行程 如本田的VTEC 有些发动机既匹配了可变气门正时又匹配了可变气门行程 如丰田的VVTL i 本田的i VTEC 宝马的Valvetronic等 原理特点 可变配气控制机构的主要目的是 根据发动机不同工况的需求 可随时调整气门升程和正时来改进油耗 排放及扭矩 2 3发动机增压技术简介 发动机增压技术基本上从航空工业沿袭而来 20世纪60年代见于车用发动机 经过数十年发展 发动机增压技术中增压器结构和安装方式各有不同 但工作机理已经基本趋于一致 不过从市场占有率来说 涡轮增压和机械增压是最主流的结构 涡轮增压器 Turbocharger 涡轮增压器的全称应该是废气涡轮增压器 顾名思义 它是利用发动机排出的废气能量来驱动涡轮 并带动同轴上的压气机叶轮旋转 将空气压缩并送入发动机汽缸 由于废气涡轮增压器与发动机之间没有任何机械传动连接 机械损耗更小 理论上只要汽缸壁足够坚固 只需通过增加涡轮的尺寸和激量 就能将动力提升到十分惊人的程度机械增压器 Supercharger 所谓机械式增压只是一种称谓 有人也将其直译为超级增压 增压器的压气机转子通过发动机曲轴获取工作动力 驱动其旋转 压缩 并送入发动机汽缸 当然 压气机转子和曲轴无法直接连在一起 而是通过各种齿轮 皮带或链条等传动装置 由于结构相对复杂 汽车厂家通常不太愿意使用该项技术 而后期自行加装机械增压器的难度很大 极少有人尝试 此外还有复合式增压器 惯性增压器气 波式增压器 冲压式增压器等 原理特点 发动机的燃料是靠活塞向下止点运行所产生的真空将燃料吸入汽缸内的 由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制 因此发动机所产生的功率也会受到限制 如果通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量 就会提高燃烧作功能力 因此利用增压的方式将外界空气压入气缸 能够使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率 废气涡轮增压器 电动助力涡轮增压器 机械式增压器 2 4汽油缸内直喷技术 GDI 简介 缸内直喷汽油机 GasolineDirectInjection 简称GDI 汽油发动机的燃油供给从化油器 单点电喷 多点电喷 直到今天的汽油缸内直喷技术 每一次进化 都使得今天的汽车变得更加清洁和更加高效 缸内直喷技术的革命性在于 燃油以极高压力直接注入于燃烧室中 在油气雾化和混合效率上几乎达到完美程度 再加上各项电子控制技术大幅进步 计算机对于进气量与喷油量时机的判读与控制也更加精准 因此 缸内直喷技术使得发动机的燃烧效率大幅提升 除了产生更大动力之外 环保和节能效果也得以空前提高 汽油缸内直喷技术可以说是世界汽车发展史上的一个里程碑 其无以伦比的燃油经济性 具有可持续发展潜力的低排放 使它正在逐渐取代其他汽油发动机的 模拟 技术 成为汽车发动机未来的 数字 技术发展方向 原理特点 直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术 通过一个高压油泵提供所需的100bar以上的压力 将汽油提供给位于汽缸内的电磁燃油喷嘴 然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室 通过对燃烧室内部形状的设计 让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合 然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气 其他周边区域有较稀的混合气 保证了在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧 GDI发动机控制系统原理图 奔驰汽油直喷技术 小结作为汽车的心脏部分的发动机 无疑对汽车技术进步有着举足轻重的影响 而在能源短缺和环境严重污染的今天 由此应运而生的发动机新技术无不围绕这一主题发展 前面所介绍的内容 只是发动机新技术中的一些典型事例 现代发动机技术日新月异 包括电子控制及节能增效技术 VCM汽缸管理技术 可变进气管道 可变压缩比 可变增压技术 车载自动诊断系统 高压共轨技术等 新材料技术 如陶瓷材料 铝合金 镁合金 碳纤维等的应用 以及汽车环保新技术 三元催化转换装置 新能源技术 燃料电池 混合动力 纯电动 生物燃料技术等也已经有普及的趋向 第二部分 底盘与车身 3底盘和车身技术 汽车底盘新技术不胜枚举 特别是越来越多的电子控制技术的应用 使汽车底盘技术不断向更高层次发展 因课程设置原因 在此仅对一些已经广泛应用的 比较典型的汽车底盘新技术进行介绍 3 1主动悬架控制系统 ADC ADC 有时也称为连续性阻尼控制系统CDC 由电子控制单元 CAN 4个车轮垂直加速度传感器 4个车身垂直加速度传感器和4个阻尼器比例阀组成 根据汽车的运动状况及传感器信号 电子控制单元计算出每个车轮悬架阻尼器的最优阻尼系数 然后对阻尼器比例阀进行相应的调节 自动调整车高 抑制车辆的变化等 使汽车的悬架系统能提供更好的汽车舒适性 安全性和稳定性 为此 让汽车车轮的动载振幅和车身垂直加速度尽可能小 A 执行元件E 比较器F 力传感器P 电位器V 控制阀1 悬挂质量2 加速度传感器3 信号处理器4 控制单元5 进油6 出油7 非悬挂质量8 路面输入 3 2全电路制动系统 BBW BBW是一种全新的制动模式 它的系统结构如图1所示 BBW是一种新型的智能化制动系统 它采用嵌人式总线技术 可以与防抱死制动系统 ABS 牵引力控制系统 TCS 电子稳定性控制程序 ESP 主动防撞系统 ACC 等汽车主动安全系统更加方便地协同工作 通过优化微处理器中的控制算法 可以精确地调整制动系统的工作过程 提高车辆的制动效果 加强汽车的制动安全性能 BBW以电能作为能量来源 通过电机或电磁铁驱动制动器 因此 BBW的结构简洁 更趋向于模块化 安装和维修更简单方便 图1BBW结构示意图 3 3ESP ESC VSC 电子稳定控制系统ESP的英文全称是ElectronicStabilityProgram 中文意思是 电子稳定控制系统 也可称作ESC或VSC ESP主要是在紧急情况下对车辆的行驶状态进行主动干预 它整合了ABS和TCS的功能 并且增加横摆扭矩控制 防侧滑功能 可以防止车辆在高速行驶转弯或制动过程中失控 ESP系统主要在大侧向加速度 大侧偏角的极限工况下工作 它利用控制左右两侧车轮制动力或驱动力之差产生的横摆力矩来防止出现难以控制的侧滑现象 保证车辆的路径跟踪能力 提高了车辆在高速行使时的安全性 研究估计ESP降低了30 50 的轿车单车致命事故和50 70 的SUV单车致命事故 如图1左侧所视 车辆前轮侧滑 车辆出现转向不足 此时 VSC系统通过制动器对内后轮施加一定的制动力 由此产生一个逆时针的力矩 改进车辆转向能力 如图1右侧所视 车辆后轮侧滑 出现车辆甩尾和过度现象 此时 VSC系统通过制动器对外前轮施加一定的制动力 由此产生一个顺时针的力矩 保证车辆的稳定性 3 4TCS牵引力控制系统TCS的英文全称是TractionControlSystem 中文意思是 牵引力控制系统 TCS是根据驱动轮的转数及传动轮的转数来判定驱动轮是否发生打滑现象 当前者大于后者时 进而抑制驱动轮转速的一种防滑控制系统 而TCS是使用现有ABS系统的电脑 传感器和控制引擎与变速箱电脑 通过使用引擎点火的时间 变速箱挡位和供油系统来控制驱动轮打滑 当TCS感应到车轮打滑的时候 首先会经过引擎控制电脑改变引擎点火的时间 减低引擎扭力输出或是在该轮上施加刹车以防该轮打滑 如果在打滑很严重的情况下 就再控制引擎供油系统 TCS系统能够控制驱动轮的滑转率在最佳范围内 防止车辆在光滑路面上加速时车轮打滑 造成后轮驱动车辆出现甩尾 前轮驱动车辆转向失去控制 使车辆产生最佳驱动力 3 5EPAS电动助力转向EPAS的英文全称是ElectricalPowerAssistedSteering 中文意思是 电动助力转向 常用的动力转向有液压式 气压式 电动式 电动助力转向是由电动机提供直接辅助转矩的动力转向系统 工作原理 当转向轴转动时 和转向轴连接在一起的转矩传感器把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动角位移变成电信号传给电子控制单元 ECU ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号控制电动机的旋转方向和助力大小 实时控制助力转向 因此EPAS可以很容易地实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果 保证汽车在低速转向行驶时轻便灵活 高速转向行驶时稳定可靠 EPAS的电机只有在转向时才工作 不用像液压管路中为了较高的油压 需要油泵经常工作 所以相比较现在车辆中使用较多的液压助力转向 EPAS更经济环保 而且还能省去液压助力这部分油管 减轻重量 3 6主动横向稳定器 ARC 当汽车进行弯道行驶时 离心力会对汽车车身产生一个侧倾力矩 这个侧倾力矩一方面引起车身侧倾 另一方面使车轮的载质量发生由内轮向外轮的转移 主动横向稳定杆则可以根据具体情况对每个横向稳定杆施加一个可连续变化的初始侧倾角或者初始侧倾力矩 主动侧倾稳定杆有两种不同的结构形式 一种是将被动侧倾稳定杆从中间分开 通过一个旋转马达把稳定杆的左右两部分连接起来 旋转马达能让左右两部分进行相对转动 旋转马达的转矩可以调节 另一种是在被动稳定杆的一端安装一个差动液压缸机构 差动液压缸机构一端与稳定杆连接 另一端与同车轮的横向摆臂连接 差动液压缸机构两端的距离可以调节 主动横向稳定器示意图如图3所示 ARC的工作原理是主动让稳定杆的左右两端作垂直方向的相对位移 平衡车身的侧倾力矩 使车身的侧倾角接近零 提高了舒适性 由于汽车前后两个主动稳定杆可以调节车身的侧倾力矩的分配比例 从而可调节汽车的动力特性 提高了汽车安全性和机动性 3 7双离合自动器变速器双离合变速器是目前业界技术最领先的变速器 两个离合器交替工作 实现了快速顺畅 加速不间断的出色驾驶乐趣和燃油经济性 这种变速器的效率非常的高 已经超过自动变速器和手动变速器 即使是最优秀的驾驶员 的效率 换挡平滑 加速性能优秀 操作方便舒适 工作原理如图 离合器1负责1档 3档 5档和倒档 离合器2负责2档 4档 6档 挂上奇数档时 离合器1结合 输入轴1工作 离合器2分离 输入轴2不工作 即在DSG变速器的工作过程中总是有2个档位是结合的 一个正在工作 另一个则为下一步做好准备 手动模式下可以进行跳跃降档 如果起始档位和最终档位属于同一个离合器控制的 则会通过另一离合器控制的档位转换一下 如果起始档位和最终档位不属于同一个离合器控制的 则可以直接跳跃降至所定档位 大众DSG双离合器自动变速箱 3 8车身技术镁合金应用镁合金过去曾主要应用在飞机和飞船上 它比铝合金轻30 但强度比钢还高 它唯一的缺点是价格昂贵 随着冶炼和加工技术的进步 汽车上的许多部件也开始采用镁合金 最初是悬架杆件 仪表台和变速器壳体 现在 一些外观覆盖件也采用了镁合金 奔驰CLK是世界上第一辆装有镁合金车门的汽车 不挡视线的A柱 薄型座椅 3 942伏电源系统现代汽车的电器元件使用越来越多 而14V系统电源输出功率最高是3千瓦 这是目前14V系统的极限输出 42V系统的输出功率将可达到8千瓦左右 能够更好地满足更高的功率需求 其它的众多优点包括 降低电流水平 缩小电线和电子元件尺寸 降低电力系统成本 降低质量和体积 改善燃料效率 降低汽车噪音和震动 改善系统稳定性 42V系统还为采用更加先进的汽车技术创造了条件 这些技术将使汽车从机械式的皮带驱动系统向电力驱动系统转变 其它可能采用的技术包括电动动力转向 机电刹车 电动HVAC 空调 系统 电磁汽门机构 集成式起动器发电机和电子驾驶控制系统 未来的所谓 无皮带发动机 是降低重量的另一个理由 从而获得更高的效率 降低油耗和废气排放 小结 随着越来越多的先进电子控制技术在汽车上的应用 许多新的底盘技术大量涌现 使汽车的安全性 动力性 驾乘稳定性和舒适性等方面都发生了革命性的变化 包括全电路制动系统 BBW Brake by Wire 汽车转向控制系统 RWS ESP 等 汽车悬架控制系统 ADC ARC等 以及现在发展起来的汽车底盘线控技术 线控换档系统 制动系统 悬架系统 增压系统 油门系统和转向系统等 再加上汽车CAN总线的应用 42V电压技术的研究 电动汽车的研究都会带动汽车底盘控制技术向更高层次的发展 如今汽车底盘控制技术正向电子化 信息化 网络化 集成化方向发展 第三部分 安全 环保 节能 新材料技术 4安全 环保 新材料技术 4 1安全技术汽车经过120多年的发展 已经成为人们不可或缺的最重要交通工具 汽车促进了社会经济进步 方便了人们生活 也给人们带来极大的乐趣 但在同时 汽车也给人们带来很多安全问题 随着汽车保有量的日益增加 汽车安全造成的经济损失和人员伤亡数量也在不断上升 这已经成为不容忽视的社会问题 因此人们对汽车安全性能的要求越来越高 为了满足人们对汽车安全性能需求的日益增加 越来越多的先进技术被应用到汽车安全装置上 汽车安全装置主要应用于汽车底盘和车身 一些内容在前面章节提到过的本章不做重复叙述术语 主动安全与被动安全系统 主动安全系统 能够在交通事故发生前 通过汽车的 高新技术 对驾驶员和车辆进行实时监控并主动采取措施 帮助驾驶员对四周环境的辨别 确保驾驶员对汽车基本操纵的稳定性和确保汽车本身的基本行驶性能而设计的汽车系统 被动安全系统 当汽车发生碰撞事故时 能最大限度地减轻驾乘人员伤亡程度和汽车损坏程度的安全防护装置 4 1 1智能巡航 测距防碰撞 系统 该系统可以按照自身车速确定前方车辆的安全距离 当车辆进入危险区域时 自动巡航系统会自动启动 避免发生事故 其主要原理是 通过安置在汽车前部激光传感器 自动探测该车和前车的距离 如果安全距离不够 它会发出信号给行车电脑 通过电脑指令相应装置降低车速或让汽车制动 来保持和前车的安全距离 4 1 2胎压智能监测系统汽车轮胎内充气压力的高低不仅影响到轮胎的寿命和发动机油耗而且还关系到汽车行驶的稳定性和安全性 由传感器 信号发生器和接受器组成的胎压智能监测系统在汽车行驶过程中能连续不断地监测轮胎的压力和温度 当检测到轮胎的压力或温度超过或低于正常值的一定范围时便在仪表板上显示警告信息同时告知驾驶员应控制相宜的行驶车速甚至建议停车 4 1 3ASADB主动防撞安全气囊ASADB主动防撞安全气囊 属于交通工具汽车 船舶等在行驶中的一种防撞 救生保护装置 在行驶中 当前方出现障碍物或在碰撞前 通过雷达探测器探测后 距障碍物3米时 主动防撞安全气囊自动弹出 形成充气橡胶气囊 所碰撞的物体首先接触到的是橡胶气囊 对所碰撞的物体起到强大的吸能缓冲保作用 以最大的程度减少人员伤亡 物体及汽车 船舶因碰撞带来的损失 当汽车行驶后 车速达到50km h以上时 控制电路系统导通 同时安装在车前方的雷达探测器导通 当车前方出现障碍物或碰撞前 经司机采取刹车后 车速仍在50km h以上 并雷达探测器探测障碍物距车前3米时 主动气囊电路控制系统自动导通 瞬间在保险杠内自动弹出充气橡胶气囊 所碰撞的物体首先接触到的是充气橡胶气囊 不但保护了自己车内的乘员 同时保护了对方车内的乘员 道路行人 以及对车辆和物体起到强大的吸能缓冲保护作用 以最大程度减少人员伤亡 物体及车辆因碰撞带来的损失 车速越高 撞击越大 气囊卸压越快 4 1 4碰撞预警系统碰撞预警系统是为了减少碰撞 伤害行人和后车追撞对乘车人伤害的安全装置 对于碰撞事故防范具有重要的意义 在车前 装在前脸格栅上的激光雷达装置监测车前物体或行人的动态 如测到车前物体或行人进入汽车的行驶路线 有可能发生危险时 便点亮仪表板上的警示灯 使前扬声器发出声讯 鸣响喇叭 甚至将自动通过增加刹车力度等方式降低车速 防止发生碰撞 在车后 后保险杠中的传感器随时监测后面的车流情况 由计算机程序确定有无撞车的可能 在马上要发生后端碰撞时 后端警示系统启动安全带电动预紧器 自动拉紧安全带 最大限度减少系安全带乘员受伤害的危险 4 1 5双级燃爆智能安全气囊全气囊系统由碰撞传感器 缓冲气囊 气体发生器及控制块 电脑 等组成 它的作用是在驾驶员与转向盘和侧门之间 乘客与仪表板 挡风玻璃和侧门等之间形成一个缓冲软垫避免驾驶员或乘客的头部与身体上部产生硬性撞击而受伤 汽车安全气囊装置由传感器 电子控制器 气囊和气体发生器组成 当汽车发生碰撞时由传感器判断撞车程度并将感应信号传递给电子控制器 由电子控制器对碰撞信号进行识别 决定气囊弹出的等级 如果撞击并不十分严重 或者乘客体重较小 那么气囊就不会按照最大压力和最大尺寸完全充气 当人体一接触气囊 气囊的泄气孔就逐渐泄气从而达到最大限度减小成员受伤害程度 4 1 6智能安全带在汽车发生撞击时气体发生器迅速产生气体推动导管内的活塞运动迅速收紧安全带缩短驾驶员或乘客向前移动的距离从而防止其面部 胸部与转向盘 挡风玻璃或仪表板发生猛烈碰撞 另外一种是带马达的卷收器 在车门打开时 就会自动启动 释放安全带 在松开安全带的同时 借助弹簧力使车门侧的导带器向前方探出 便于乘客抓住安全带并轻松佩带 在汽车行驶急打方向盘或发生侧滑时 该装置则会收紧安全带增强对乘车者的约束 以提高安全性 4 2环保节能新技术能源和环境正在成为影响世界汽车产业发展的两大决定性因素 进入新世纪以来 以电子控制技术 尾气处理技术 混合动力 燃料电池 先进柴油 醇类汽车等为代表的新汽车技术呈现出突飞猛进的发展态势 各国政府和各主要汽车厂商均不约而同地将新节能环保汽车技术视为未来全球汽车产业竞争的制高点 4 2 1三元催化转化技术1 作用 用三元催化转换器可降低所排废气中的三种主要污染物 HC CO和NOx 约90 但只有当空 燃混合比在14 7的狭窄范围内时 才能进行完全催化反应 这就要求氧传感器的工作必须正常 2 工作原理 当含有CO和HC的废气通过三元催化转换器时 铂催化剂便触发氧化 燃烧 过程 HC和CO与转换器中的氧结合生成水蒸气和二氧化碳 氧化过程对NOx排放没有影响 为了减少NOx的含量 需要进行 还原 反应 还原反应是去掉物质中的氧原子 在三元催化转换器中 铑被用作催化剂 将NOx分解为氮和氧 当温度为350 左右时 污染物便会发生有效的转化 三元催化转换器 氧化催化转换器 4 2 2SCR 选择式催化转化装置选择式催化转化器 SCR 是使柴油机排放大幅降低的先进废气净化处理技术 其功能主要是 选择性 地 专门针对废气中的NOx成分进行转化 将其转化成为无害的水和氮 其转化过程是借助一种人工合成的水溶性尿素添加剂来完成的 水溶性添加剂含有浓度为32 5 的尿素 经过一个细筛装置以高度雾化的形式持续不断地被喷入废气系统中选择式催化转化器 SCR 的上游 与温度很高的废气相混合 并与其中的NOx发生化学反应 将其分解为氮和水 水溶性尿素添加剂可生物降解 无毒 无嗅 储存于一个辅助储液罐里 平均消耗量为每百公里约0 1升 可在进行常规的周期性保养时添加补充 采用这一技术的大众汽车BlueTDI车型已能够满足2014年才实施的欧6排放标准 4 2 3蓝色技术所谓蓝色技术 是大众汽车一系列节能 环保 面向未来的汽车技术的集合 它集中体现于大众汽车驱动装置的先进技术 所以又叫 蓝驱技术系列 1 起动停车 当遇到红灯时 驾驶员进行制动使车辆完全停下来 将档位换入空档并完全释放离合踏板 控制系统自动将发动机熄火 绿灯放行时 驾驶员踩下离合器 发动机则自动重新起动 驾驶员挂入档位即可继续前行 而自动档车型的操作更为简单 驾驶员只要施加完全制动使车辆停止 发动机则自动熄火 在释放制动后 发动机将自动启动 城市道路节油环保效果显著 2 再生制动能量回收 车辆在制动或减速过程中将消耗多余的能量 把这些能量回收利用则可以降低车辆的能量消耗 使燃油经济性进一步提高 3 油电混合动力 车辆的起步以电动机进行驱动 在达到时速50km 小时以上时 转而由发动机驱动车辆行驶 可有效降低排放以及城市路况的油耗 在急加速或爬坡等需要更强动力时 发动机和电动机则共同驱动 以获得强劲动力 此外以压缩天然气为燃料的发动机技术 双燃料和多燃料技术 双增压直喷式发动机技术等 都属于大众 蓝驱系列 天然气为燃料的涡轮增压直喷发动机 TSI 4 2 4轻量化技术主要从 追求理想结构 更换材料 以及 开发新工艺 这三个方面进行综合性的技术开发 在结构上 通过优化车体结构 在车型外观设计和对行人安全保护功能上尽量高度协调平衡 应用新材料 使用铝合金 高强度钢板 玻纤增强聚丙烯 陶瓷材料等争取使车身减轻10 底盘减轻15 以上 此外 大力采用注塑成型 模具成型等技术 使汽车外围 内饰各模块装配更加精密紧凑 从而大幅度减轻车身重量 4 2 5新燃料 动力 汽车1 先进柴油车 先进柴油车以先进柴油机为动力 与目前的汽油车相比 先进柴油汽车具有燃油消耗低20 30 动力性强等特点 虽然尾气排放中的颗粒物和氮氧化物含量高于先进汽油车 但与上世纪90年代初传统柴油车相比已减少了90 以上 先进柴油轿车的价格明显低于混合动力汽车和燃料电池汽车 仅高出同类汽油车10 左右 2004年欧盟新增乘用车中46 3 为柴油车 法国 意大利 德国柴油轿车的比重分别为72 66 43 2 混合动力汽车 混合动力汽车由内燃机 包括汽油 柴油机 和电动机共同驱动 与目前的汽 柴油车相比 混合动力汽车能够节省25 40 的燃油 尾气排放也比汽油车和先进柴油车更为清洁 混合动力汽车价格较高 在当前的技术条件下 其成本比同类汽油车高30 左右 目前混合动力汽车初步进入商业化阶段 2005年混合动力汽车在美国销售20 5万辆 占美国汽车总销量的1 2 3 燃料电池汽车 燃料电池汽车一般采用氢气作为燃料 利用氢气和氧气的化学反应产生电能作动力 与汽油车相比 燃料电池能够节省50 的能源 且可以不消耗石油 不排放CO2和有害气体 国际汽车界普遍 认为燃料电池汽车是节能环保汽车的最终解决方案 但目前燃料电池汽车仅处于研发和运行试验阶段 技术尚未完全成熟 价格过于昂贵 配套设施投入巨大 燃料电池汽车的大规模商业运营应在2020年左右 凯迪拉克氢燃料概念车透视图可见主要的动力设备的布置方式 特殊的仪表盘除了车速之外 还包含电池电力和氢燃料的存量 车顶太阳能电池板能提供车内日常小型设备的电力需要 先进柴油车 混合动力汽车 燃料电池汽车是当今发展比较迅猛或相对成熟的三大节能环保汽车技术 在性能 价格和商业化程度上各具特点 其中先进柴油车价格优势明显 技术 商业运作成熟 在我国 由于新燃料 动力 汽车开发起步较晚 为了适应节能 环保的大趋势 发展先进柴油车作为更加节能环保的新能源汽车的过度发展技术 不失为一种很好的选择 此外 纯电动车 醇类汽车 氢燃料汽车 太阳能汽车 生物能源汽车等也受到人们的大力追捧 在节能化 清洁化汽车技术发展道路上 这些新型汽车技术必将造福于人类 4 3新材料技术汽车对人类社会的影响日益深刻 尤其是对能源和环境 据统计 目前汽车消耗的石油产品已经达到50 以上 所排放的CO2约占人为CO2排放总量的1 4 而随着汽车保有量的逐年上升 石油资源消耗和CO2的排放将呈现持续增长态势 汽车轻量化是应对上述危机的重要技术措施之一 世界铝业协会的报告指出 汽车自重每减轻10 燃油消耗可降低6 8 因此 汽车轻量化对于节约能源 减少排放 实现可持续发展战略具有十分积极的意义 在这种大趋势的推动下 轻量化材料的开发与应用已成为当前汽车新材料技术发展的主导方向 4 3 1铝 镁 钛及其合金铝 镁 钛 相对于铁 都是轻金属 应用于汽车结构或零部件可以大大减轻车体质量 它们的基体中加入不同的元素或经过不同的加工 可 以获得优良的物理 机械 性能和化学性能 铝合金 质量只有钢铁的1 3多一点 铝合金已成为仅次于钢材的汽车用金属材料 能够为汽车提供各种铝合金铸件 冲压结构件和拉制的铝型材 铝合金主要用于制造发动机缸体 活塞 进气支管 气缸盖 变速器壳体 矫车的骨架 车身 座椅支架 车轮等部件 镁合金 具有比重小 1 74g cm3 强度高 刚性好 抗冲击和抗振动性能强 加工性能好 散热性能好和屏蔽性能好 尤其易于回收等优点 镁合金在现代汽车上将得到广泛应用 镁合金是汽车的仪表板 方向盘 转向器导柱和座椅支架等的理想材料 是替代钢铁 铝合金和工程塑料的新一代高性能结构材料 钛合金 钛的比重为4 6g cm3 仅是铁的1 2 但强度和硬度超过了钢 且不易生锈 用钛合金铸造的汽车发动机部件更轻 更坚固和更耐腐蚀 钛合金车身可以承受更大的作用力 4 3 2工程塑料工程塑料用于汽车可实现轻量化和节能 且可回收和循环利用 目前六大类的塑料 PP PUR PVC ABS PA和PE在汽车上得到广泛的应用 通常用于制造车身覆盖件 车门门褴 车身内外装饰件和水箱面罩 保险杠和车轮护罩等 马自达车型的发动机罩和车门等处采用铝合金材质 钛合金新材料护板 韩国现代环保塑料车 4 3 3陶瓷材料由于陶瓷本身具有的特殊力学性能以及对热 电 光等的物理性能 陶瓷材料特别是特种陶瓷在汽车上的应用日益受到人们的重视 我国已成功研制钛酸铝陶瓷 铝合金复合排气管 氮化硅陶瓷柴油机涡轮增压转子和球轴承等汽车部件 4 3 4复合材料复合材料是一种多相材料 是由有机高分子 无机非金属和金属等原材料复合而成 目前玻璃纤维增强树脂复合材料和碳纤维增强树脂复合材料在汽车上已经获得成功的应用 玻璃纤维增强树脂复合材料耐腐蚀 绝缘性好 特别是有良好的可塑性 对模具要求较低 对制造车身大型覆盖件的模具加工工艺较简易 生产周期短 成本较低 在矫车和客车上 采用玻璃纤维增强树脂复合材料制造的矫车车身覆盖件 客车前后围覆盖件和货车驾驶室等零部件 4 3 5稀土材料中国稀土资源丰富 世界已探明的稀土储量中国占世界已探明资源的80 为我国大力开发稀土材料提供了得天独厚的条件 使用汽车废气净化催化剂是控制汽车废气排放 减少污染的最有效的手段 含稀土的汽车废气净化催化剂价格低 热稳定性好 活性较高 使用寿命长 引起了人们的广泛关注 汽车废气净化稀土催化剂所用的稀土成分主要是氧化铈 氧化镧和氧化镨等 用于汽车废气净化催化剂的载体通常为蜂窝陶瓷 稀土还可以作为陶瓷载体的稳定剂以及活性涂层材料等 4 3 6纳米材料纳米科技是21世纪科技产业革命的重要内容之一 它是高度交叉的综合性学科 包括物理 化学 生物学 材料科学和电子学 纳米科学与技术也是一个融前沿科学和高技术于一体的完整体系 纳米技术将在汽车上的结构材料 节能 环保等方面获得广泛的应用 纳米陶瓷材料的耐磨性提高 质量减小 稳定性增强 纳米陶瓷轴已经应用在奔弛等高级矫车上 使机械转速加快 质量减小 稳定性增强 使用寿命延长 小结节能环保 是汽车产业可持续发展的核心内容 汽车节能环保总体上应从以下3个方面入手 1 从汽车整体技术 包括发动机技术 底盘技术 电子控制技术 废弃回收技术等 加以保障 不断提高燃料燃烧效率和废气排放的控制 2 利用洁净能源 可再生能源 太阳能等替代石油产品 3 利用新材料技术 减轻车体重量同时保障车体或构件所具有的坚固性 可靠性和耐久性 5汽车舱内电子电器技术人们在汽车驾乘过程中 对汽车乘坐的舒适性要求不断提高 越来越需求随时掌握汽车运行信息 由此汽车运行环境电子电器技术迅猛发展 汽车环境电子电器技术种类繁多 层出不穷 在此介绍几项具有代表性的技术 5 1汽车自动空调系统汽车自动空调能够依据车内温度自动调节出风温度 温度平滑柔顺 温度控制精细 另外自动空调有自检装置 可以及早发现故障隐患 自动空调控制系统由四部分组成 一是传感器部分 专门负责温度信息反馈 二是系统 控制中枢 也就是空调器控制部件ECU 三是控制部件 包括空调系统冷凝器电动机 蒸发器电动机等 包括混合气流电动机 气流方式电动机 用以控制冷暖气组合 开启或关闭正面 侧面和脚部的出风口 四是自检及报警部分 自动空调控制系统的传感器一般有车厢内温度传感器 车厢外温度传感器 蒸发器温度传感器 太阳能传感器 水温传感器等 各个传感器将温度信息反馈到ECU ECU通过 混合风档 的冷暖风比例而控制空气流的温度 同时 ECU还通过 方式风档 伺服电动机控制气流流向 确定出风口的吹风角度 有些轿车的自动空调还装有红外温度传感器 专门探测乘员面额部的表面皮肤温度 当传感器检测到人体皮肤温度时也反馈到ECU 这样 乘员只要操作旋钮或按键 设置所需温度及风机转速 ECU就能更精确地控制空调 随着集成电路成本降低和人们对舒适性需求的增大 目前 装配自动空调的轿车越来越多 5 2车载GPS 定位 导航系统 GPS是GloblePositioningSystem的缩写 意思为全球定位系统 当通过硬件和软件做成GPS定位终端用于车辆定位的时候 称为车载GPS 车载GPS包含了GSM网络通讯 手机通讯 通过GSM网络用短信的方式把卫星定位信息发送到第三方 通过微机解读短信电文 在电子地图上显示车辆位置 这样就实现了车载GPS定位 与此同时 在车上安装相应的探测传感器 利用车载GPS定位的GSM网络通讯功能 就能把防盗报警信息发送到第三方 或者把这个报警电话 短信直接发送到车主手机上 完成车载GPS防盗报警 这里可以看出 车载GPS定位的GSM网络部分实际上是一个智能手机 可以和第三方互相通讯 还可以把车辆被抢 司机被劫 被绑架等信息发送到第三方 所以车载GPS具有定位 导航 防盗 防劫的先进功能 经常被大家提及的车载导航GPS 主要就是给汽车定位和导航 目前越来越发达的道路 错综复杂的高架桥给驾驶者越来越难分辨道路 导航车载GPS给驾驶者带来了极大的方便 而现在的车载GPS还具有提前预警电子眼 查询全国旅游景点 酒店等服务 的确是旅游带来了极大的方便 5 3汽车蓝牙技术蓝牙是一种支持设备短距离通信 一般10m内 的无线电技术 能在包括移动电话 PDA 掌上电脑 无线耳机 笔记本电脑 相关外设等众多设备之间进行无线信息交换 自20世纪90年代末诞生以来 蓝牙技术为语音和数据包传输提供了可靠的无线连接 彻底改变了移动电话 电脑 汽车和消费电子产品等领域 蓝牙技术在汽车上主要应用在免提电话通话上 但以后会在远程车辆状况诊断 车辆安全系统 车对车通信 多媒体下载等更多的服务中实现 汽车内部网络的应用 使得蓝牙技术更有了广阔空间 应用于CANBUS MOSTBUS等网络总线时 蓝牙芯片可设置在网关内 从而可以帮助汽车上所有的信息装置 包括汽车车厢 发动机 底盘 电器 座椅等都实现数字化互联 使汽车真正实现网络化与智能化 这样 用户手持蓝牙设备 就能够与汽车设备之间进行无线联系 比如无线遥控打开车门 与车内车辆检测系统以无线方式交换数据 采用蓝牙技术的车载装置将使人们很容易在车内通过互联网下载音乐 录像和发送电子邮件 同时 蓝牙技术还可让用户在驾车时将移动电话和个人电脑进行连接 就算此时用户的笔记本电脑已关闭并存放在手提箱内 也可以 委托 蓝牙去寻找相关资料 使用户在驾驶的同时把问题解决 另外 驾驶者还可通过移动电话随时上网查阅电子邮件 甚至还可以下载音频和视频内容 蓝牙后视镜 蓝牙汽车音响 蓝牙车载导航仪